基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法
【專利摘要】基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法。涉及風(fēng)電場(chǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組合方式以及容量控制方法。技術(shù)要點(diǎn)是。包括以下步驟：1)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)風(fēng)速計(jì)算傳統(tǒng)控制模式下的風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲功率；2)將風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率進(jìn)行快速傅里葉變換，得到風(fēng)電功率頻譜特性曲線和輸出功率高頻信號(hào)、低頻信號(hào)；3)利用機(jī)組本身慣性動(dòng)能存儲(chǔ)當(dāng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行第一次平滑，抑制機(jī)組有功出力的高頻分量；4)采用鋰電池儲(chǔ)能完成對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波低頻分量的平滑任務(wù)；5)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化控制風(fēng)電場(chǎng)鋰電池容量。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可提高電能質(zhì)量和儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益，延長(zhǎng)電池壽命。
【專利說明】基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的重要途徑，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型”的戰(zhàn)略重點(diǎn)和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的主要方向，也是我國(guó)能源發(fā)展的重點(diǎn)。但風(fēng)能具有隨機(jī)性、間歇性導(dǎo)致風(fēng)電的波動(dòng)性，帶來風(fēng)電電能質(zhì)量和消納方面的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)可按控制策略吸收和釋放能量，是平滑風(fēng)電輸出功率的可用手段。
[0003]可用于風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能方式主要包括化學(xué)電池儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能，電磁儲(chǔ)能，抽水儲(chǔ)能，壓縮空氣儲(chǔ)能，機(jī)組慣性儲(chǔ)能。由于化學(xué)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，難以平滑0.01?IHz的風(fēng)電功率波動(dòng),而電力系統(tǒng)對(duì)這一頻段的功率波動(dòng)十分敏感。飛輪儲(chǔ)能響應(yīng)時(shí)間快，且循環(huán)壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，有很好的發(fā)展前景，但是目前在轉(zhuǎn)子強(qiáng)度設(shè)計(jì)、低功耗磁軸承等技術(shù)方面急需突破。電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能，這兩種儲(chǔ)能方式本身具有概率密度高、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格過于昂貴，電容器耐壓能力不夠高，不宜在風(fēng)電場(chǎng)中大容量應(yīng)用。另外，從抽水和壓縮空氣儲(chǔ)能能大范圍平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率輸，但受地理?xiàng)l件的約束，建設(shè)局限性大，無法廣泛應(yīng)用。風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子慣性儲(chǔ)能，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，將捕獲的部分風(fēng)能以動(dòng)能的形式暫時(shí)存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)子上，在需要的時(shí)候釋放。此種儲(chǔ)能方式響應(yīng)速度快，能量密度高，能有效平滑高頻功率波動(dòng)，但由于轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能容量和時(shí)間有限，難于抑制低頻功率波動(dòng)。
[0004]可見，單一的儲(chǔ)能方式很難達(dá)到理想的風(fēng)電場(chǎng)功率平滑效果。因此需要合適的儲(chǔ)能方式進(jìn)行組合，通過混合儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)平滑；需要合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，在提升電能質(zhì)量的同時(shí)延長(zhǎng)儲(chǔ)能設(shè)備使用壽命，降低儲(chǔ)能投資和維護(hù)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明利用機(jī)組本身慣性儲(chǔ)能和鋰電池儲(chǔ)能兩種方式特性互補(bǔ)，組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)大部分處于0.01?IHz之間，能量主要集中在O?10_4Hz。利用機(jī)組本身慣性動(dòng)能存儲(chǔ)抑制0.01?IHz之間的高頻分量以及短時(shí)間內(nèi)的波峰值，同時(shí)提供一種基于慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，鋰電池儲(chǔ)能平滑功率低頻波動(dòng)(10_5?0.0lHz)部分，該方法綜合考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、鋰電池壽命、功率平滑目標(biāo)等因素，解決電池儲(chǔ)能運(yùn)行過程中頻繁充放電轉(zhuǎn)換以及過充和過放工作狀態(tài)對(duì)鋰電池壽命的帶來不利影響問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，它具體包括以下步驟:
[0007]1、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)風(fēng)速，計(jì)算傳統(tǒng)控制模式下風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲的功率，
【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟: A、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)風(fēng)速計(jì)算傳統(tǒng)控制模式下風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲的功率； B、對(duì)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲功率進(jìn)行快速傅里葉變換，得到風(fēng)電場(chǎng)輸出功率高頻信號(hào)和低頻信號(hào)； C、利用機(jī)組本身慣性動(dòng)能存儲(chǔ)當(dāng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行第一次平滑，抑制機(jī)組有功出力的高頻分量； D、根據(jù)預(yù)測(cè)輸出功率置信區(qū)間，確定風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃出力Pplan(t)，建立鋰電池容量Eb與電池充放電時(shí)間之間的數(shù)學(xué)模型，通過調(diào)節(jié)鋰電池充放電時(shí)間控制鋰電池容量，完成對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波低頻分量的平滑任務(wù)； E、基于電池壽命和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)成本之間的權(quán)衡，考慮風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率置信水平，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化控制風(fēng)電場(chǎng)鋰電池容量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述步驟A)中，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)風(fēng)速，計(jì)算傳統(tǒng)控制模式下風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲的功率具體方法如下:
3.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述步驟B)中，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)捕獲功率M(0進(jìn)行快速傅里葉變換，得到風(fēng)電功率幅頻譜特性曲線，將其劃分為高頻和低頻兩部分，高頻部分覆蓋的頻率為0.01~1Hz，低頻部分覆蓋的頻率為10_5~0.01Hz。
4.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述步驟C)中，利用機(jī)組本身慣性動(dòng)能存儲(chǔ)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行第一次平滑，抑制機(jī)組有功出力的高頻分量，包括如下步驟: (I)建立傳統(tǒng)控制模式下風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)模型。
5.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述步驟D)中，鋰電池容量控制模型建立包括以下步驟: (1)風(fēng)電場(chǎng)短期調(diào)度策略。根據(jù)經(jīng)過機(jī)組慣性動(dòng)能存儲(chǔ)平抑后輸出功率的置信區(qū)間 ,確定電池充放電時(shí)'i十劃出力Pplan⑴。電池充電時(shí)，由風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)輸出功率置信區(qū)間最低功率曲線Pi/(O確定計(jì)劃出力Pplanα);鋰電池放電時(shí)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)輸出功率置信區(qū)間最大功率曲線PifW確定計(jì)劃出力Pplan(t)，經(jīng)鋰電池儲(chǔ)能二次平滑后輸出功率跟蹤計(jì)劃出力。
6.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)組慣性儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能鋰電優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述步驟E)中，預(yù)測(cè)功率置信水平和標(biāo)準(zhǔn)偏差不同時(shí)，得到不同的鋰電池容量值，建立儲(chǔ)能容量、成本(運(yùn)行成本和投資成本)和電池壽命約束的儲(chǔ)能系統(tǒng)性能指標(biāo)S，通過降低性能指標(biāo)，優(yōu)化控制鋰電池容量值。其性能指標(biāo)s如下所示:
7.如權(quán)利要求4所述的利用機(jī)組本身慣性動(dòng)能存儲(chǔ)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行第一次平滑，抑制機(jī)組有功出力的高頻分量，其特征在于，步驟(3)建立基于轉(zhuǎn)子慣性動(dòng)能存儲(chǔ)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括以下步驟: 1)對(duì)傳統(tǒng)控制模式下風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)模型做線性化處理得到ΔΡfx、ΔEk和Δ Pwt三者之間關(guān)系如下:

【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103887808SQ201410124216
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】段斌, 王俊, 蘇永新, 劉丹丹 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)